DE2434859B2

DE2434859B2 - Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstückes

Info

Publication number: DE2434859B2
Application number: DE19742434859
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DD112927A5; SU559627A3; FR2237729A1; DE2434859C3; GB1445216A; FR2237729B1; IT1016644B; CS180641B2; DE2434859A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstückes an dessen im wesentlichen zylindrischen äußeren Umfang, mit einem Gehäusekörper, in dessen Inneren ein mehrere, um den Umfang des Werkstückes verteilte Spannbacken aufweisender Spannzangensatz angeordnet ist, der eine für die Anlage '> am Werkstück bestimmte, irrt wesentlichen zylindrische Spannfläche besitzt, sowie eine zur Längsachse des Gehäusekörpers geneigte äußere Gleitfläche aufweist, welche an einer komplementär geformten, gehäusefest ausgebildeten Gegengleitfläche anliegt und der von

i" einem das Werkstück ringförmig umgebenden, im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen, an eine Druckmittel-Quelle anschließbaren hohlen Spannelement verschiebbar ist, das sich mit seiner ersten radialen Wandung gegen eine gehäusefeste Stützfläche und mit

i> seiner zweiten radialen Wandung mindestens teilweise gegen die den größeren Durchmesser aufweisende Stirnfläche des Spannzangensatzes abstützt.

Bei einer solchen bekannten Spannvorrichtung (US-PS 25 34 527) wird das Werkstück nach Art eines

2» Bohrfutters von einem Spannzangensatz mit drei Spannbacken gespannt. Die mit einer zylindrischen Bohrung ausgestatteten Spannbacken weisen eine konische äußere Gleitfläche auf, die in einer Gegengleitfläche des Gehäuses verschieblich ist. An der rückseiti-

-'■"> gen Stirnfläche der Spannbacken sind Verlängerungen befestigt, welche in gehäusefesten Führungen verschieblich sind. Bei Durchführung eines Spannvorganges mit merklichem radialen Spannbereich erfahren die Spannbacken nicht nur eine Vorschubbewegung in

ι« Axialrichtung mit gleichzeitiger radialer Annäherung, sondern führen auch eine Kippbewegung um die Führungen durch, mit der Folge, daß die Gleitführung und Gegengleitführung nur eine Linienberührung aufweisen können und daß auch die Spannbacken am

'■■> Werkstück nur an ihrem äußeren Ende zum Eingriff kommen.

Zur Betätigung des Spannzangensatzes ist ein von einer Druckmittel-Quelle beaufschlagbares ringförmiges Spannelement vorgesehen, welches sich mit seinen

■»ο beiden radialen Wandungen am Gehäuse bzw. der rückwärtigen Stirnfläche des Spannzangensatzes anlegt, während sich die zylindrische Innenwand gegen die Verlängerungen der Spannbacken abstützt, ohne unmittelbar oder über diese Verlängerungen mit dem

^v> Werkstück in Eingriff zu gelangen.

Nachteilig bei dieser bekannten Spannvorrichtung ist, daß das Werkstück ähnlich einem Bohrer in einem Bohrfutter nur über eine relativ kurze axiale Erstrekkung gespannt wird, wobei unter Beachtung der

^r>« erwähnten Verkippung der Spannbacken letztlich nur eine Linienberührung stattfindet.

Bei einer weiteren bekannten Spannvorrichtung (US-PS 27 20 735) ist ein Gehäusekörper vorgesehen, in dessen Bohrung eine spiralförmige Nut eingearbeitet ist,

^Γ)Γ> in der ein flexibler Schlauch gehalten ist, welcher an eine Druckmittel-Quelle anschließbar ist. Der Schlauch bildet ein einheitliches Spannelement welches dadurch zur Wirkung gelangt, daß es sich unmittelbar am Werkstück anlegt. Diese Ausbildung der Spannvorrich-

^w) tung ermöglicht es, relativ gleichmäßige Spannkräfte auf das einzuspannende Werkstück auszuüben. Nachteilig ist jedoch, daß das Werkstück mit dem Gehäusekörper nur über die flexible Wandung des Schlauches bzw. dessen hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel

^Μ gekoppelt ist. Bei der Bearbeitung des Werkstückes gibt dieses daher leicht unter dem Druck des Bearbeitungswerkzeuges nach. Die zentrale Lage des Werkstückes im Gehäusekörper entspricht deshalb keiner stabilen

Stellung, was für den am Werkstück vorzunehmenden Bearbeitungsvorgang überaus nachteilig isi.

Schließlich ist eine Spannvorrichtung bekannt (DE-OS 19 43 325), welche dazu dient, ein Werkstück nach Art eines Spanndornes an einer inneren Bohrungsfläche aufzunehmen. Diese Spannvorrichtung unterscheidet sich bereits gattungsm&üig von dem erfindungsgemäßen Spannwerkzeug, welches für Außenspannung bestimmt ist. Der bekannte Spanndorn weist einen zur Anlage am Werkstück bestimmten Gthäusekörper iuf, dessen zur Anlage am Werkstück bestimmter Teil rohrförmig ausgebildet ist und annähernd über seine ganze axiale Länge durch Axiaischliize geteilt ist. Im Inneren dieses Gehäuserohres sind entweder doppelkonusförmige Spreizelemente oder nach Art von gegeneinander gestellten Tellerfedern ausgebildete Spreizelemente axial aufeinanderfolgend angeordnet. Durch eine diese Spreizelemente zentral durchdringende Schraube läßt sich der Außendurchmesser des Gehäusekörpers in geringem Umfang variieren.

Abgesehen davon, daß bei dem bekannten Spanndorn das durch eine Schraube gegebene Spannelement durch ein mittels Druckmittel beaufschlagbares Spannelement ersetzt werden müßte und gleichzeitig aus diesem Spanndorn ein druckmittelbeaufschlagtes Spannwerkzeug geschaffen werden müßte, welches ein Werkstück an dessen äußerem Umfange spannt, bliebe aber das nachteilige Prinzip dieser bekannten Spannv irrichtung, daß die vom Spannelemen«. aufgebrachte Kraft über die diesbezüglich in Reihe geschalteten Spreizelemente übertragen wird und daß der für die Formstabili'ät des ganzen Spannwerkzeuges verantwortliche Gehäusekörper gleichzeitig auch derjenige Bauteil ist, welcher beim Einspannvorgang radial verformt werden muß.

Ein wesentlicher Nachteil bei einer nach dem Prinzip des bekannten Spanndornes geschaffenen Spannvorrichtung wäre, daß es kaum möglich ist, bei Werkstükken mit merklichen Durchmesserschwankungen über ihre Längserstreckung gleichförmige Spannkräfte zu erzielen. Insbesondere ist eine Anpassung an unrunde Werkstücke oder solche mit begrenzten örtlichen Verformungen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spannwerkzeug zu schaffen, mit dem insbesondere auch ein langgestrecktes und hohlzylindrisches dünnwandiges Werkstück schnell und unter weitgehend gleichförmiger Kraftausübung für einen nachfolgenden Bearbeitungsvorgang eingespannt und abgestützt werden kann, wobei Deformationen des Werkstückes vermieden werden, selbst wenn es örtliche Verformungen an seiner für die Einspannung vorgesehenen Umfangsfläche aufweist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Spannwerkzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Gehäusekörper eine Mehrzahl von Spannzangensätzen in Axialrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, daß die Gegengleitflächen der Spannzangensätze jeweils in den Bohrungen von Ringscheiben ausgebildet sind, die mit gegenseitigem axialen Abstand im Gehäusekörper gelagert sind und daß jedem Spannzangensatz ein an eine gemeinsame Druckmittel-Quelle anschließbares Spannelement zugeordnet ist, dessen innenliegende Wandung mit einer zur unmittelbaren Abstützung am Werkstück bestimmten zylindrischen Bohrungsfläche ausgebildet ist und dessen ersle radiale Wandung an die auf der Ringscheibe des benachbarten Spannzangensatzes gelegene Stützfläche anlegbar ist.

Durch Druckbeaufschlagung der Spannelemente stützen sich diese axial zwischen den Ringscheiben und den Spannbacken ab, wodurch diese an ihrer Gegengieitfläche entlang und gleichzeitig radial nach innen bewegt werden. Das Werkstück wird daher von den Spannbacken zuverlässig erfalit und steif gegen den Cehäusekörper abgestützt, wobei aber wegen der Aufteilung in mehrere zu einem Spannzangensatz gehörige Spannbacken auch örtliche Ungleichmäßigkeiten des Werkstückes zumindest begrenzt aufgenommen werden können. Gleichzeitig stützt sich das Spannelement zwischen dem Werkstück und dem Gehäusekörper in Radialrichtung ab, wodurch das Werkstück nahezu auf einer ganzen axialen Länge eine Druckausübung erfährt, so daß örtliche Verformungen im Bereich des Angriffes der Spannzangen vermieden werden.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung weist jede Ringscheibe einen radial nach innen vorspringenden ringförmigen Anschlag auf und ist zwischen diesem Anschlag und der den geringeren Durchmesser aufweisenden Stirnseite des zugeordneten Spannzangensatzes ein elastisches Rückführungsmittel angeordnet, das dem Span izangensatz eine axiale Vorspannung in Richtung auf das ihm zugeordnete Spannelement erteilt. Vorteilhaft besteht das elastische Rückführungsmittel aus einem Ring aus elastomerem Material.

Diese Ausbildung des Spannzangensatzes gewährleistet eine genaue Rückführung in Abhängigkeit des von der Druckmittel-Quelle gespeisten Spannelementes. Insbesondere wird sichergestellt, daß jeder Spannzangens.itz unmittelbar an dem zugeordneten Spannelernent anliegt und damit jede Druckerhöhung bzw. -verminderung in dem Spannelement auf den Spannzangensatz übertragen werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung weist der Spannzangensatz eine Ringnut auf, in der ein aufgeschlitzter federnder Ring angeordnet ist. welcher die Spannbakken radial nach außen vorspannt und anliegend an der Gegengleitflächeder Ringscheibe hält.

Diese Ausbildung gewährleistet, daß jeder Spannzangensatz stets an der Gleitfläche der Ringscheibe anliegt und von der Mittelachse der Spannvorrichtung einen gleichförmigen Abstand hält.

Ein die Erfindung nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig.! die Hälfte eines Axialschnittes durch die Spannvorrichtung mit eingespanntem Werkstück und

Fi g. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-Il in Fi g. 1.

Die Spannvorrichtung weist einen Gehäusekörper 1 auf, welcher im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet ist und an einem Ende einen radial nach innen gerichteten kreisförmigen Flansch aufweist und am anderen Ende von einem, eine kreisförmige öffnung aufweisenden Deckel 18 abgeschlossen ist (vgl. Fig. 1). Zwischen Flansch und Deckel sind in axialer Richtung auf der Innenfläche des Gehäusekörpers 1 in alternierendem Abstand Felgen 2 und Ringscheiben 4 angeordnet. Die Felgen 2 halten jeweils ein an eine gemeinsame Druckmittel-Quelle anschließbares Spannelement 3 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die Felgen 2 zeigen ein im Schnitt annähernd T-förmiges Profil und halten mit ihren flanschartigen Stegen die aus einem elastomeren Material hergestellten Spannelemente.

Die Ringscheiben 4 weisen auf ihrer axialen Innenfläche eine konische Bohrung auf, welche von einem ringförmigen Anschlag 19 begrenzt ist, so daß die Ringscheiben 4 unterschiedlich große radiale Stirnflä-

chen aufweisen. Durch diese konische Bohrung der Ringscheibe 4 ist ein ringförmiger Hohlraum 5 ausgebildet, dessen kegelstumpfförmige axiale Innenfläche als Gegengleitfläche 6 für die in diesem Innenraum angeordneten rückgangsfreien Spannbacken 7 wirkt. Ringscheiben 4 und Spannbacken 7 bilden jeweils einen über den Innenumfang des Gehäusekörpers 1 radial angeordneten Spannzangensatz.

Die axiale Außenfläche der Spannbacken 7 ist jeweils kegelstumpfförmig und komplementär zur Gegengleitfläche 6 der Ringscheiben 4 ausgebildet. Die Spannbakken 7 sind in geringem Abstand voneinander angeordnet und ihre axiale Innenfläche ist zylindrisch ausgebildet und weist annähernd denselben Durchmesser wie die axiale Innenfläche der Spannelemente 3 auf. Weiterhin ist in der axialen Innenfläche der Spannbakken 7 eine Ringnut 10 eingearbeitet, in welcher ein aufgeschlitzter federnder Ring 9 angeordnet ist, der die Spannbacken 7 radial nach außen vorspannt und an der Gegengleitfläche 6 der Ringscheiben 4 hält.

Zwischen den radial nach innen vorspringenden ringförmigen Anschlägen 19 jeder Ringscheibe 4 und den den geringeren Durchmesser aufweisenden Stirnseiten der zugeordneten Spannbacken 7 ist ein aus elastomerem Material hergestellter Ring 11 als elastisches Rückführungsmittel angeordnet, welches der Spannbacke 7 eine axiale Vorspannung in Richtung auf das ihr zugeordnete Spannelement 3 erteilt.

Zwischen dem Gehäusekörper 1 und den Felgen 2 bzw. den Ringscheiben 4 ist ein zur Achse des Gehäusekörpers paralleles Element 12 angeordnet (vgl. auch F i g. 2). Dieses im Querschnitt im wesentlichen rechteckige Element 12 weist zwei in Längsrichtung verlaufende Aussparungen 13 und 14 auf, welche gegenüber dem Gehäusekörper 1 und den Felgen bzw. Ringscheiben Hohlräume bilden und miteinander durch Bohrungen 15 in Verbindung stehen. Die Aussparung 13 des Elementes 12 ist mit einer das Druckmittel zuführenden Leitung 16 verbunden, während die Aussparung 14 über Bohrungen 17 in den Felgen 2 mit den Hohlräumen der Spannelemente 3 verbunden ist.

Das von der Spannvorrichtung aufzunehmende unc festzuhaltende Werkstück P wird axial in die Spannvor richtung eingeführt und kommt auf dem ringförmiger > Anschlag 19 der ersten Ringscheibe 14 zur Anlage, di der Innendurchmesser des Deckels kleiner als dei Innendurchmesser der Ringscheiben 4 ist. Anschließen wird das Druckmittel über die Leitung 16, das Elemen 12 und die Bohrungen 17 in die Spannelemente :

in eingeführt und diese Spannelemente schwellen an wobei deren axiale Innenflächen mit dem Werkstück / in Berührung kommen. Gleichzeitig drückt ihre eine radiale Fläche gegen die Spannbacken 7, welche sich entlang der Gegengleitfläche 6 verschieben, bis sie zui

!<; Anlage an dem Werkstück P kommen. Da sich die Spannbacken unterschiedlich verschieben können, werden Unrundheiten bzw. partielle Erhebungen auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes ausgeglichen. Sämtliche Spannbacken 7 legen sich somit fest an

2(i der Oberfläche des eingespannten Werkstückes an und das Werkstück wird nahezu auf seiner gesamten Oberfläche von den Spannelementen 3 bzw. den Spannbacken 7 gehalten.

Während der Bearbeitung werden die von den

r> Werkzeugen ausgeübten Drücke auf die Spannbacken 7 übertragen, welche diese ihrerseits auf die jeweilig zugeordneten Ringscheiben 4 weitergeben, welcher sich wiederum selbst am Gehäusekörper 1 abstützt. Damil bildet die Spannvorrichtung einen widerstandsfähigen

in Gürtel, der sich den elastischen Verformungen des Werkstückes /^widersetzt.

Nach Beendigung der Bearbeitung des Werkstückes P wird durch öffnung des Anschlusses 16 der Druck in den Spannelementen 3 abgebaut. Die elastischen Ringe

;") 11 üben dann einen axialen Druck auf die Spannbacken 7 aus, welche sich unter der Einwirkung der aufgeschlitzten federnden Ringe 9 von dem Werkstück P entfernen. Das Werkstück kann dann ohne weiteres aus der Spannvorrichtung herausgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstückes an dessen im wesentlichen zylindrischen äußeren Umfang,

mit einem Gehäusekörper, in dessen Inneren ein mehrere, um den Umfang des Werkstückes verteilte Spannbacken aufweisender Spannzangensatz angeordnet ist,

der eine für die Anlage am Werkstück bestimmte, im wesentlichen zylindrische Spannfläche besitzt, sowie eine zur Längsachse des Gehäusekörpers geneigte äußere Gleitfläche aufweist, welche an einer komplementär geformten, gehäusefest ausgebildeten Gegengleitfläche anliegt und
der von einem das Werkstück ringförmig umgebenden, im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen, an eine Druckmittel-Quelie anschließbaren hohlen Spannelement verschiebbar ist,
daß sich mit seiner ersten radialen Wandung gegen eine gehäusefeste Stützfläche und mit seiner zweiten radialen Wandung mindestens teilweise gegen die den größeren Durchmesser aufweisende Stirnfläche des Spannzangensatzes abstützt, dadurch gekennzeichnet,

daß im Gehäusekörper (1) eine Mehrzahl von Spannzangensätzen in Axialrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind,

daß die Gcgengieitflächen (6) der Spannzangensätze jeweils in den Bohrungen von Ringscheiben (4) ausgebildet sind, die mit gegenseitigem axialen Abstand im Gehäusekörper gelagert sind und
daß jedem Spannzangensatz ein an eine gemeinsame Druckmittel-Quelle anschließbares Spannelement (3) zugeordnet ist, dessen innenliegende Wandung mit einer zur unmittelbaren Abstützung am Werkstück (P) bestimmten zylindrischen Bohrungsfläche ausgebildet ist und dessen erste radiale Wandung an die auf der Ringscheibe des benachbarten Spannzangensatzes gelegene Stützfläche anlegbar ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringscheibe (4) einen radial nach innen vorspringenden ringförmigen Anschlag (19) aufweist und daß zwischen diesem Anschlag und der den geringeren Durchmesser aufweisenden Stirnseite des zugeordneten Spannzangensatzes ein elastisches Rückführungsmittel angeordnet ist, das dem Spannzangensatz eine axiale Vorspannung in Richtung auf das ihm zugeordnete Spannelement (3) erteilt.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rückführungsmittel aus einem Ring (II) aus elastomeren Material besteht.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannzangensatz eine Ringnut (10) aufweist, in der ein aufgeschlitzter federnder Ring (9) angeordnet ist, welcher die Spannbacken (7) radial nach außen vorspannt und anliegend an der Gegengleitfläche (6) der Ringscheibe (3) hält.